提纯进料空气流的方法技术

依次通过在下面的由优先吸附空气中的水蒸汽的活化氧化铝组成的第一床（４）和在上面的由优先吸附空气中的二氧化碳的沸石１３Ｘ分子筛组成的第二床（６）来提纯空气。该空气自下而上通过第一床（４）和自上而下通过第二床（６）。一旦床（４）和床（６）被吸附物全充满，就将热再生气体通过它们使其再生。一部分再生气体自上而下流过第一床（４）；另一部分则自下而上通过第二床（６）。热再生气引起原来被吸附的组分解吸。一旦再生结束，而该床已恢复到其吸附温度，它们就可再次用来提纯空气。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及提纯含有水蒸汽、二氧化碳等杂质的气体流的方法和设备。在工业上，氧和氮主是由空气精馏而制得的。从由精馏的空气进料中除去水蒸汽和二氧化碳是必要的。在现代空气精馏分离工厂中，这种提纯是由吸附来实现的。压缩空气的进料流先通过第一层吸附剂，优先吸附水蒸汽，然后通过第二层吸附剂，优先吸附二氧化碳。一般是当一对这种吸附层用来提纯原料空气时，另外一对正在再生，以使得总是至少有一对吸附层可用于提纯原料气体。空气分离厂有一种倾向，就是要求尽量满足日益增长的氧的需求。结果，对初级吸附阶段的需要变得越来越大。实际上，出于多种原因，对可装有吸附层的容器尺寸有限制。因此，一般每天至少生产1000吨的大型空分厂可能需要几个吸附罐。所以，需要改进吸附方法，以便使单位体积床层的吸附操作的生产率能增大。在通常的提纯空气吸附方法中，空气流自下而上垂直地流过第一吸附粒子层，该层粒子优先吸附水蒸汽，然后通过第二吸附粒子层，该层粒子优先吸附二氧化碳，过快的气流速度将使吸附层流态化。因此，对空气速度有一个极限，结果，通入选定尺寸的吸附剂容器中的空气流量也就有个极限。一旦吸附剂层吸满了被吸附的杂质，一般用比较热的再生气体反向通过床层来进行床层的再生。由于二氧化碳倾向于比水蒸汽吸附得更弱一些，因此在再生气体通过了吸附了二氧化碳的床层之前，是不会达到吸附了水的床层之上的，这就造成在再生阶段会出现无效。所以再生热能会有浪费，而过多的再生时间会长于按其它方式可能的时间。在美国专利4，627，856中公开了一种改进的再生步骤。在美国专利申请4，627，856中叙述的这个方法中，有一个下床层，它又由低层的氧化铝凝胶和高层沸石13X分子筛组成，还有一个上床层由沸石13X分子筛组成。在吸附阶段水蒸汽在下床层的低层被吸附。二氧化碳的吸附在下床层的高层开始，而在上床层完成。用热气体进行的再生是将此气体从上至下先经过上床层，然后通过下床层。经过选定的时间间隔以后，当上床层再生完成时，将再生气体从旁路绕开此床层直接通过下床层。这就达到了减少再生时间和节省热能。然而，美国专利申请4，627，856并没有对改进提纯方法吸附期的问题提出建议。按照本专利技术，提供一种含有水蒸汽和二氧化碳等杂质的原料气流的提纯方法，它包括依次反复进行的如下二步骤a)将进料气流依次自下而上地通过含有优先从该气流中吸附水蒸汽的第一种吸附剂的第一粒子床，然后再自上而下地通过含有优先从该气流中吸附二氧化碳的第二种吸附剂的第二粒子床;和b)将再生气体以与进料气流流动方向相反的方向通过每一床层，通过使原先被吸附的水蒸汽和二氧化碳发生解吸，而使床层再生。本专利技术也提供了提纯进料气流用的设备，它依次包括一个含有能优先从进料气流中吸附水蒸汽的第一种吸附剂的第一粒子床;一个含有能优先从进料气流中吸附二氧化碳的第二种吸附剂的第二粒子床;使进料气流自下而上流过第一床，和自上而下流过第二床，使得能发生水蒸汽和二氧化碳吸附的装置;使再生气体自上而下通过第一床、自下而上通过第二床，使得原先被吸附的水蒸汽和二氧化碳被解吸的装置。第一床和第二床最好装在同一容器中。如有必要，一个容器中可装有多于一对床，其排列方式要让一对床再生时，另一对用于提纯进料气体。这些床可以垂直地排在容器中，因此该容器有一个垂直的纵轴，也可以按另外方式水平排放，这样该容器就有一个水平的纵轴。进料气体较好是空气。第一床所有的粒子平均粒度较好大于第二床。粒子尺寸越大，则通过第一床的可容许气流速度就越高。在恒定的平均粒子尺寸下，随着气流速度增加，第一床单位体积吸附水蒸汽的速率也增大。虽然单位体积第一床的水蒸汽吸附能力随粒子尺寸增大而增加，当第一种吸附剂包含有活化氧化铝时，这不会有特别明显的影响。(在另外情况下，第一种吸附剂可以是例如二氧化硅)。活化氧化铝的平均粒子尺寸较好为0.10～0.15英寸。在此第一床中最好基本没有二氧化碳被吸附。虽然活化铝或氧化硅吸收水蒸汽优于吸附二氧化碳，只要足够的吸附剂可以得到，两者都能够吸附二氧化碳。希望在第一床中完成水蒸汽的吸附。使载气自上而下地流过第二床，即使第二床中的平均粒径是这样，即假如是自下而上时以某种速度流过第二床时，足可以使其流态化时，也可以避免这个床流态化。因此，有利的是可以为第二床选用比较小的平均粒径。这样较小的平均粒径也有助于减少为完成给定任务所需的第二种吸附剂的量。选用第二种吸附剂的平均粒径小于第一种吸附剂，其优点是通过床层的压降要小于整个床层全用平均粒径比较小的粒子时的压降。再有，最好使用通过第二床的气体速度基本上等于通过第一床的速度。比较高的气速是有利的，因为在恒定的平均粒径条件下，随着气体速度增加，单位体积第二床吸附二氧化碳的速率就增加。第二床最好含有平均粒径最好在0.050～0.075英寸的沸石13X分子筛。由于第二种吸附剂一般比第一种吸附剂更容易再生，因此在选择再生气通过第二床的速度时，有足够的余地使其低到足以避免在再生阶段发生流态化。选择较小的第二床平均粒径使得能够减小为完成给定任务所需的第二床的体积。使进料气体以比较高的速度(与传统方法相比)通过第一床和第二床，就可以得到一个或两个如下的好处首先，与吸附床的传统安排方式相比，两个床的截面积都可以减小，这就可以减小所用容器的尺寸或数目;第二，缩短了吸附阶段的时间。通过第二床的再生气体最好不流经第一床。因此，最好用两个分开的再生气流来再生第一床和第二床，即使这样的分开气流可以取自同一个再生气源。这样，与传统方法相比，可以缩短再生阶段的时间，因为用于再生第一床的气体在第一床的上游位置并没有放出热量。其次，与使用同样尺寸的床的传统方法相比，在一定时间(比如说24或48小时)内可以完成的每次由吸附阶段和随同的再生阶段组成的循环次数可以增加。进料气体一般是在5～40℃的温度和2～20巴的压力下提纯，再生的温度一般60～250℃。再生的压力可以与吸附压力相同，也可低一些。现在将以实例的方法叙述按照本专利技术的方法和设备，同时参考附图，其中附图说明图1是说明在一个园柱形吸附罐中从空气中吸附杂质的示意流程图，该罐中有一个垂直轴，其中装有两个分离的吸附剂剂床;图2是说明如图1所示的吸附剂床再生的示意流程图;图3是说明一个园柱形吸附罐操作的示意流程图，此罐有一个垂直轴，并装有四个分离的吸附剂床;图4是说明一个园柱形吸附罐操作的示意流程图，此罐有一个水平轴，并装有两个分离的吸附剂床，以从进料空气流中除去杂质;图5是说明如图4所示的吸附剂床再生的示意流程图;图6是说明一个园柱形吸附罐操作的示意流程图，此罐有一个水平的轴，并装有4个分离的吸附剂床，以提纯空气。在这些附图中，用相同的标号表示同样的部件。参见图1，一个一般是园柱形的吸附罐(2)，其中在下部装有由活化氧化铝粒子(4)组成的第一床(4)，在上部装有由沸石13X分子筛粒子组成的第二床(6)。床(4)的平均粒径为0.125英寸，床(6)的平均粒径为0.0625英寸。一个水平的隔板(8)穿过此罐内部，防止气体从床(4)通过此罐流到床(6)，或反向流动。在操作如图1中所示的设备时，一般压力为4～15巴(绝压)、温度近于常温的进料空气从设备的底部流进床(4)。空气自下而上通过床(4)。当空气向上流动时，水蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
提纯含有包含水蒸汽和二氧化碳等杂质的进料空气流的一种方法，它包括依次反复如下步骤：ａ）依次将进料空气流先自下而上通过含有优先从空气流中吸附水蒸汽的第一种吸附剂的第一粒子床，然后自上而下通过含有优先从空气流中吸附二氧化碳的第二种吸附剂的第 二粒子床；和ｂ）将再生气以与进料气流流动方向相反的方向通过每个床，通过使原先被吸附的水蒸汽和二氧化碳的解吸而使这些床再生。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DR阿查里亚，
申请(专利权)人：英国氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]